Изобретение относится к анаэробному сбраживанию углеродсодержащих твердых бытовых отходов, фекалий, навоза и помета домашних животных и птицы, бытовых стоков с выработкой биогаза для нужд отопления, приготовления пищи, нагрева горячей воды и может быть использовано в индивидуальных домах фермеров, крестьян, дачников. The invention relates to anaerobic digestion of carbon-containing solid household waste, feces, manure and litter of domestic animals and poultry, domestic waste water with the production of biogas for heating, cooking, heating hot water and can be used in individual homes of farmers, peasants, summer residents.
Известен метантенк, в котором камеры кислого, щелочного и метанового брожения по жидкой составляющей послеброжевого остатка сообщены с колонной обогащения. Газ отводится из камер кислого щелочного брожения в камеру метанового брожения (RU, патент 2017614, кл. C 12 H 1/107, 1991). В этом метантенке невысокая степень исчерпывания питательных компонентов жидкой составляющей после брожевого остатка, что снижает эффективность его работы. Known digester, in which chambers of acidic, alkaline and methane fermentation in the liquid component of the post-fermentation residue are communicated with the enrichment column. Gas is discharged from acid alkaline fermentation chambers to a methane fermentation chamber (RU, patent 2017614, class C 12 H 1/107, 1991). In this digester, a low degree of exhaustion of the nutrient components of the liquid component after the fermentation residue, which reduces its efficiency.
Известен бытовой метантенк, содержащий корпус с перегородками, установленными с образованием камер для кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенных одна с другой по прямотоку субстрата и биогаза от загрузочного устройства к разгрузочному, расположенные в камерах перемешивающие устройства (У.Э.Виестур, А.И.Кузнецов, В.В.Савенков. Системы ферментации, Рига, 1986, с. 18, рис. 22). Этот метантенк является наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Однако в известном метантенке нет обогащения биогаза, что снижает эффективность работы устройства. Known household digesters containing a housing with partitions installed with the formation of chambers for acidic, neutral, alkaline and methane fermentation, connected to one another through the direct flow of the substrate and biogas from the loading device to the unloading, mixing devices located in the chambers (W.E. Viestur, A.I. Kuznetsov, V.V. Savenkov, Fermentation Systems, Riga, 1986, p. 18, Fig. 22). This digester is the closest to this invention in technical essence and the achieved result. However, in the known digester there is no biogas enrichment, which reduces the efficiency of the device.
Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в повышении эффективности работы бытового метантенка. Для его достижения бытовой метантенк, содержащий корпус с перегородками, установленными с образованием камер для кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенных одна с другой по прямотоку субстрата и биогаза от загрузочного устройства к разгрузочному, расположенные в камерах перемешивающие устройства, отличается тем, что он снабжен колонной обогащения, выполненной в виде вертикального корпуса с перфорированными перегородками, образующими секции, причем камера для метанового брожения по жидкостной составляющей послеброжевого остатка сообщена с верхней секцией колонны обогащения, а по биогазу с нижней секцией для обеспечения перемещения их в секциях навстречу друг другу за счет избыточного давления биогаза в камере метанового брожения, причем секции снабжены зернистой иммобилизованной засыпкой, размещенной на перфорированных перегородках, а сверху колонны сборник биогаза, сообщенный через гидравлический затвор с потребителем. The technical result achieved when using this invention is to increase the efficiency of the domestic digester. To achieve this, a domestic digesters containing a casing with partitions installed to form chambers for acidic, neutral, alkaline and methane fermentation, connected to one another by the direct flow of the substrate and biogas from the loading device to the unloading device, the mixing devices located in the chambers are characterized in that it is equipped with an enrichment column made in the form of a vertical body with perforated partitions forming sections, and the chamber for methane fermentation along the liquid component The yeast residue is communicated with the upper section of the enrichment column, and with biogas with the lower section to ensure their movement in the sections towards each other due to excessive biogas pressure in the methane fermentation chamber, the sections being equipped with a granular immobilized backfill placed on perforated partitions, and a collector on top of the column biogas communicated through a hydraulic shutter to the consumer.
На чертеже схематично изображен бытовой метантенк, продольный разрез. The drawing schematically shows a household digester, a longitudinal section.
Бытовой метантенк содержит корпус 1 с перегородками 2, установленными с образованием камер 3, 4, 5, 6 соответственно для кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенных одна с другой по прямотоку субстрата и биогаза от загрузочного устройства 7 к разгрузочному устройству 8. В камерах 3, 4, 5 и 6 расположены перемешивающие устройства 9. Метантенк снабжен колонной обогащения, выполненной в виде вертикального корпуса 10 с перфорированными перегородками 11, образующими секции 12. Камера 6 метанового брожения по жидкой составляющей послеброжевого остатка сообщена с верхней секцией 12 корпуса 10 колонны обогащения, а по биогазу с нижней секцией 12 для обеспечения перемещения в секциях 12 навстречу друг другу за счет избыточного давления биогаза в камере 6 метанового брожения. Секции 12 снабжены зернистой иммобилизационной засыпкой 13, размещенной на перфорированных перегородках 11, а сверху колонны обогащения размещен сборник 14 биогаза, сообщенный через гидравлический затвор 15 патрубком 16 с потребителем. Загрузочное устройство 7 выполнено с крышкой 17, гидравлическим затвором 18, размещенным в измельчителе 19 с перфорированным днищем 20. Перегородки 2 выполнены с окнами 21, а секции 12 корпуса 10 колонны обогащения снабжены патрубками 22 регулирования высоты засыпки 13. The household digester contains a housing 1 with partitions 2 installed with the formation of chambers 3, 4, 5, 6, respectively, for acidic, neutral, alkaline and methane fermentation, connected one to the other through the direct flow of the substrate and biogas from the loading device 7 to the unloading device 8. B mixing chambers 9 are located in chambers 3, 4, 5 and 6. The digester is equipped with an enrichment column made in the form of a vertical casing 10 with perforated baffles 11 forming sections 12. A methane fermentation chamber 6 along the liquid component the lebrogeous residue is in communication with the upper section 12 of the enrichment column body 10, and for biogas with the lower section 12 to ensure movement in the sections 12 towards each other due to excess biogas pressure in the methane fermentation chamber 6. Sections 12 are equipped with a granular immobilization backfill 13 located on perforated partitions 11, and on top of the enrichment column there is a biogas collector 14 communicated through a hydraulic shutter 15 with a pipe 16 with a consumer. The loading device 7 is made with a cover 17, a hydraulic shutter 18, placed in the grinder 19 with a perforated bottom 20. Partitions 2 are made with windows 21, and sections 12 of the body 10 of the enrichment column are equipped with nozzles 22 for regulating the height of the filling 13.
Бытовой метантенк работает следующим образом. Household digester works as follows.
Через загрузочное устройство 7 при открытой крышке 17 осуществляют подачу в измельчитель 19 отходов и стоков, причем концентрацию взвесей принимают в пределах 4-5% а соотношение между углеродом и азотом порядка 20:1. Взвеси измельчают вращением перемешивающего устройства 9 в измельчителе 19. Субстрат со взвешенными частицами твердых составляющих переходит через перфорированное днище 20 в камеру 3 кислого брожения и подвергается воздействию кислотогенов. Через окна 21 между корпусом 1 и перегородками 2 субстрат последовательно переходит по камерам 4, 5, 6 соответственно нейтрального, щелочного и метанового брожения и обрабатывается ацетогенами и метаногенами при периодическом перемешивании устройствами 9, которые обеспечивает смену микрофлоры на поверхностях прилипания с одновременным обновлением поверхности взвесей за счет измельчения при перемешивании устройствами 9. Камеры 3, 4, 5 и 6 являются сообщающимися сосудами, заполненными субстратом, плотность которого понижается за счет увеличения газовых пузырьков вокруг взвесей. Из камеры 6 метанового брожения субстрат поступает на перфорированную перегородку 11 корпуса 10 колонны обогащения и перемещается сверху вниз по секциям 12 и после исчерпывания биогенных элементов питания отводится из корпуса 10 из нижней секции 12. Биогаз из газовой полости камеры 6 метанового брожения поступает в нижнюю секцию 12 корпуса 10 колонны обогащения и перемещается снизу вверх через перфорированные перегородки 11 в сборник 14 биогаза, откуда через гидравлический затвор 15 по патрубку 16 отводится потребителю. Избыточное давление в газовой полости камеры 6 метанового брожения и разрежение в сборнике 14 являются движущей силой преодоления биогазом гидравлических сопротивлений перфорированных перегородок 11 и размещенной на них зернистой иммобилизационной засыпки 13 (вспученный перлит, керамзит, модифицированный неолит и так далее). Загрузку метантенка через устройство 7 и отвод твердой составляющей послеброжевого остатка через устройство 8 осуществляется периодически при непрерывном процессе брожения в метантенке при температуре 18 24oC при термостатировании воздухом помещения, в котором установлен метантенк. Для повышения концентрации твердой составляющей в послеброжевом остатке за 1 3 ч перед разгрузкой в камере 6 метанового брожения перемешивания устройством 9 не выполняют. Гидравлический затвор 18 снижает до минимума проникновение запахов в помещение при открытой крышке 17 во время загрузки метантенка. Место контакта подвижного устройства 9 с корпусом 1 выполнено с уплотнением, исключающим выход биогаза в помещение. Обогащение в корпусе 10 колонны обогащения происходит за счет разложения воды ферментами метаногенов на водород и кислород. Водород восстанавливает диоксид углерода до метана, а кислород окисляет примеси, в том числе сероводород, что устраняет запахи в помещении при сжигании биогаза.Through the loading device 7 with the open lid 17, waste and effluents are fed into the grinder 19, the concentration of suspensions being taken within 4-5% and the ratio between carbon and nitrogen is about 20: 1. Suspensions are crushed by rotation of the mixing device 9 in the grinder 19. The substrate with suspended particles of solid components passes through the perforated bottom 20 into the acid fermentation chamber 3 and is exposed to acidogens. Through the windows 21 between the body 1 and the partitions 2, the substrate passes sequentially through the chambers 4, 5, 6 of neutral, alkaline, and methane fermentation, respectively, and is treated with acetogens and methanogens with periodic mixing by devices 9, which provide microflora on the sticking surfaces with simultaneous updating of the surface of the suspension grinding by stirring with devices 9. Chambers 3, 4, 5, and 6 are interconnected vessels filled with a substrate whose density decreases due to an increase in gas bubbles around suspensions. From the methane fermentation chamber 6, the substrate enters the perforated baffle 11 of the enrichment column body 10 and moves from top to bottom in sections 12 and, after the exhaustion of biogenic nutrients, is removed from the body 10 from the lower section 12. Biogas from the gas cavity of the methane fermentation chamber 6 enters the lower section 12 case 10 enrichment columns and moves from bottom to top through perforated baffles 11 into the biogas collector 14, from where, through a hydraulic shutter 15, the pipe 16 is discharged to the consumer. The excess pressure in the gas cavity of the methane fermentation chamber 6 and the vacuum in the collector 14 are the driving force for biogas to overcome the hydraulic resistance of the perforated partitions 11 and the granular immobilization backfill 13 placed on them (expanded perlite, expanded clay, modified neolithic, and so on). The loading of the digester through the device 7 and the removal of the solid component of the post-ferment residue through the device 8 is carried out periodically during the continuous fermentation process in the digester at a temperature of 18-24 o C when thermostating the air of the room in which the digester is installed. To increase the concentration of the solid component in the post-fermentation residue for 1 3 hours before unloading in the chamber 6 of methane fermentation, mixing by the device 9 is not performed. The hydraulic shutter 18 minimizes the penetration of odors into the room with the lid 17 open during the loading of the digester. The contact point of the movable device 9 with the housing 1 is made with a seal, excluding the release of biogas into the room. The enrichment in the body 10 of the enrichment column occurs due to the decomposition of water by methanogen enzymes into hydrogen and oxygen. Hydrogen reduces carbon dioxide to methane, and oxygen oxidizes impurities, including hydrogen sulfide, which eliminates odors in the room when burning biogas.
При эксплуатации данного метантенка возможно обеспечить оздоровление экологической обстановки вокруг объекта, в котором установлен метантенк. Использование его рентабельно. During the operation of this digester, it is possible to ensure the improvement of the environmental situation around the facility in which the digester is installed. Using it is cost effective.